間作條件下水肥運籌對花生和谷子產(chǎn)量的影響

田建全，王連芬，李國斌，2，馮良山

（1.天津市寧河縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津?qū)幒?301500；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽 110161）

間作條件下水肥運籌對花生和谷子產(chǎn)量的影響

田建全1，王連芬1，李國斌1，2，馮良山2*

（1.天津市寧河縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津?qū)幒?301500；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽 110161）

[目的]探討花生和谷子間作條件下水肥運籌對作物產(chǎn)量的影響。[方法]采用水、氮、磷“3414”試驗設(shè)計，研究間作條件下不同水肥處理對花生和谷子產(chǎn)量的作用效果。[結(jié)果]間作條件下花生和谷子產(chǎn)量對水肥的響應(yīng)較為一致，土壤水分養(yǎng)分與花生產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，與谷子產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。水、氮、磷三因素合理配施能夠降低水肥投入量，提高水肥利用效率?；ㄉ茸娱g作條件下，適宜土壤含水量均較低，可在大部分半干旱地區(qū)雨養(yǎng)種植。各因素之間，磷肥與水的耦合作用>肥料之間的耦合作用>氮肥與水的耦合作用。間作條件下，花生適宜的土壤含水量為占田間持水量的57.3%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.49 g/盆和0.2 g/盆，谷子適宜的土壤含水量為占田間持水量的59.1%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.29 g/盆和0.23 g/盆。[結(jié)論]研究結(jié)果為該種種植模式的應(yīng)用和推廣提供理論和技術(shù)參考。

間作；花生；谷子；水肥互作；作物產(chǎn)量

作物合理的種間間作能高效利用光、熱、水分和養(yǎng)分資源，具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)勢[1]。豆科與禾本科間作可以促進禾本科對有機磷的吸收和利用[2-3]，兩者間存在對氮的互補利用和豆科固氮向間作禾本科轉(zhuǎn)移[4-5]，同時間作還能有效減輕病蟲和雜草為害，減少化肥農(nóng)藥的施用量，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，提高群體產(chǎn)量和整體經(jīng)濟效益[6-8]?；ㄉ凸茸訛橹袊狈桨敫珊档貐^(qū)重要的旱地作物，近年來由于兩者間作在防治農(nóng)田風(fēng)蝕等方面具有較好的效果，間作種植面積不斷擴大[9]。目前關(guān)于花生谷子間作方面的研究報道較少，使得該間作模式在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到許多理論和技術(shù)方面制約因素。

“3414”設(shè)計是在“3411”多點肥料試驗方案的基礎(chǔ)上，加了12～14 3個處理后得到的方案，該方案設(shè)計吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計處理少，效率高的優(yōu)點，又符合肥料試驗和施肥決策的專業(yè)要求，不僅可以作為一個完整的三因素試驗用于建立三元二次肥料效應(yīng)回歸方程，而且還可以作為三個二因素或三個單因素試驗建立二元或一元肥料效應(yīng)回歸方程[10，11]，目前該試驗設(shè)計方法已在中國作為配方施肥的通用方法而廣泛應(yīng)用。該試驗在人工智能防雨棚中采用水、氮、磷“3414”試驗，探討花生和谷子間作條件下水肥運籌對作物產(chǎn)量的影響，為該種種植模式的應(yīng)用和推廣提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地點。試驗于2011年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院防雨實驗場中進行，在盆栽中采取花生和谷子間作模式種植。

1.1.2 試驗品種。花生品種為白沙1016，谷子品種為LG2008-31。盆栽盆中土壤有機質(zhì)含量為1.93%、全氮含量為0.103、全磷含量為0.073%、全鉀含量為2.73%、速效氮為77.6 mg/kg，速效磷為31.6 mg/kg，速效鉀為177.0 mg/kg，pH 6.7，田間持水量28.3%。

1.2方法

1.2.1 試驗設(shè)計。試驗在人工防雨棚中采用水、氮、磷“3414”試驗設(shè)計，共設(shè)14個處理（如表1），每個處理重復(fù)3次（盆），盆栽盆半徑為15 cm，高35 cm，每盆裝土19 kg。

1.2.2 試驗方法。試驗中水（W）的4個水平分別為：灌水下限為占最大田間持水量的45%、55%、65%和75%，當土壤含水量低于灌水下限時進行灌溉，灌水定額為27 mL/盆；氮素（N）和磷素（P2O5）的4個水平分別為：0、0.6、1.2和1.8 g/盆。每個盆栽盆中種4棵谷子和2株花生，盆栽盆在防雨棚中按照花生和花生、谷子和谷子對應(yīng)擺放，即形成2行花生：2行谷子的格局，擺放密度按照花生16.5×104株/hm2、谷子33×104株/hm2。每個處理均施鉀肥（K）0.6 g/盆，氮、磷、鉀素分別選用分析純級尿素（CH4N2O）、過磷酸鈣（Ca（H2PO4）2·H2O）和氯化鉀（KCl），均于播種前與土壤混勻一次施入。盆栽盆中土壤水分采用稱重法控制盆栽盆中土壤水分，作物收獲后進行測產(chǎn)。

表1 “3414”試驗設(shè)計與實施方案

2 結(jié)果與分析

2.1 花生谷子間作產(chǎn)量分析與水肥單因素效應(yīng)

由不同水肥條件下花生和谷子的平均單株產(chǎn)量（表2）可知，試驗中處理編號為1、2、4、8和6分別為低水缺肥、低水、缺氮、缺磷和水、氮、磷豐富處理，相對于低水缺肥處理，其他處理花生產(chǎn)量分別提高101.85%、173.87%、139.01%和362.44%，谷子產(chǎn)量分別提高8.87%、57.18%、42.53%和97.67%。通過缺乏某種元素的產(chǎn)量情況可以看出，在間作群體中水分是影響作物產(chǎn)量最重要的因素，其次為磷素和氮素，而氮磷鉀合理使用可以大幅度提高作物產(chǎn)量。由作物產(chǎn)量與土壤水分養(yǎng)分進行相關(guān)分析（表3）可以看出，花生和谷子產(chǎn)量相關(guān)性較高，說明間作條件下花生和谷子產(chǎn)量對水肥的響應(yīng)較為一致，土壤水分養(yǎng)分與花生產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，與谷子產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。

表2 不同水肥條件下花生和谷子產(chǎn)量

表3 花生和谷子產(chǎn)量與土壤水肥相關(guān)分析

將編號為2、3、6、11的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立氮素和磷素在較好水平（N2P2）時水分的單因素模擬方程（1）和（1’）。將編號為4、5、6、7的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立水分和磷素在較好水平（W2P2）時氮肥的單因素模擬方程（2）和（2’）。將編號為8、9、6、10的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立水分和氮素在較好水平（W2N2）時磷素的單因素模擬方程（3）和（3’）。

方程中y指花生或谷子單株產(chǎn)量（g/株），W、N、K分別指水分、氮素和磷素的因素編碼值，下同。對方程（1）、（1’）、（2）、（2’）、（3）和（3’）分別進行求導(dǎo)，可以得到水、氮、磷的單因素最優(yōu)編碼值，花生分別為1.93、2.13、1.80，谷子分別為2.18、1.69、1.95，即花生的水、氮、磷單因素適宜條件為：占田間持水量的64.3%、0.64 g/盆、0.54 g/盆，谷子的單因素適宜條件為：占田間持水量的66.8%、0.51 g/盆、0.59 g/盆，由此就單因素作用效果而言，谷子的各因素適宜土壤含水量水平要高于花生，而花生適宜的氮素和磷素水平要高于谷子。

2.2 花生谷子間作水肥雙因素互作效應(yīng)

將編號為2～7、11、12的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立磷素在較好水平（P2）時水分和氮素的雙因素模擬方程（4）和（4’）。將編號為2、3、6、8～11、13的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立氮素在較好水平（N2）時水分和磷素的雙因素模擬方程（5）和（5’）。將編號為4～10、14的處理編碼值與花生和谷子單株產(chǎn)量進行回歸分析，可以建立水分在較好水平（W）時氮素和磷素的雙因素模擬方程（6）和（6’）。

由方程（4）、（4’）、（5）、（5’）、（6）、（6’）可以看出除花生在磷素較豐富水平水分和氮素交互呈負效應(yīng)外，其他情況水肥雙因子互作均呈正效應(yīng)。分別對其降維求導(dǎo)，可以計算出在磷素豐富水平，水、氮雙因子交互條件下，花生最優(yōu)水、氮因素編碼值分別為2.25（占最大田間持水量67.5%）和2.56（0.77 g/盆），谷子分別為1.93（占田間持水量64.3%）和1.37（0.41 g/盆）；在氮素豐富水平，水、磷雙因子交互條件下，花生最優(yōu)水、磷因素編碼值分別為1.40（占田間持水量59%）和1.28（0.38 g/盆），谷子分別為1.41（占田間持水量59.1%）和1.01（0.3 g/盆）；在水分豐富水平，氮、磷雙因子交互條件下，花生最優(yōu)氮、磷因素編碼值分別為1.40（0.42 g/盆）和1.28（0.38 g/盆），谷子分別為0.58（0.17 g/盆）和0.92（0.28 g/盆）。

2.3 花生谷子間作水肥三因素互作效應(yīng)

將各處理的花生和谷子單作產(chǎn)量結(jié)果進行回歸分析，得到兩種作物單株產(chǎn)量（y）與坐水量（W）、氮肥（N）、磷肥（P）和鉀肥（K）3個因素在編碼空間的多元回歸模型方程（7）、（7’）。

由于在回歸模擬計算過程中應(yīng)用的是無量綱線性編碼代換，所求得的偏回歸系數(shù)已標準化，故其絕對值大小可直接反映各變量對產(chǎn)量的影響程度[12]，由一次項、二次項和交互項的偏回歸系數(shù)可以看出各因素對花生和谷子產(chǎn)量影響的順序均為W>N≈P，同時花生和谷子各因素交互順序均為WP>NP> WN，由此說明磷肥與水的耦合作用>肥料之間的耦合作用>氮肥與水的耦合作用，在多元回歸方程中，僅花生水氮互作呈負效應(yīng)，其他雙因子互作均呈正效應(yīng)。將方程降維求導(dǎo)可以計算出水、氮、磷三因素交互條件下，花生的最優(yōu)水、氮、磷因素編碼值為1.23、1.64和0.65，谷子的最優(yōu)水、氮、磷因素編碼值為1.41、0.95和0.75，即間作條件下花生適宜的土壤含水量為占田間持水量的57.3%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.49和0.2 g/盆，谷子適宜的土壤含水量為占田間持水量的59.1%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.29和0.23 g/盆。由此可以看出在間作條件下花生和谷子的適宜土壤含水量均較低，谷子比花生需水水平略高，一般雨養(yǎng)條件都可滿足，能夠適宜大部分半干旱地區(qū)雨養(yǎng)種植，同時其需肥量也較少，谷子需氮肥量比花生少，需磷肥量比花生多。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果中，間作條件下花生和谷子產(chǎn)量對水肥的響應(yīng)較為一致，土壤水分養(yǎng)分與花生產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，與谷子產(chǎn)量相關(guān)性由強至弱依次為土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。在其他兩因素處于豐富水平，水、氮、磷單因素最優(yōu)值要遠遠高于水、氮、磷三因素交互作用的最優(yōu)值，這與以往相關(guān)研究結(jié)果相似[13-14]。同樣，在其他一因素處于較豐富水平，水氮互作、水磷互作和氮磷互作最優(yōu)結(jié)果值也均高于三因素交互作用的最優(yōu)值，由此說明水、氮、磷三因素合理配施能夠降低水肥投入量，提高水肥利用效率?；ㄉ茸娱g作條件下，水分是影響作物產(chǎn)量最重要的因素，間作條件下花生和谷子的適宜土壤含水量均較低，一般能夠適宜大部分半干旱地區(qū)雨養(yǎng)種植。各因素之間，磷肥與水的耦合作用>肥料之間的耦合作用>氮肥與水的耦合作用，在花生水、氮兩元和水、氮、磷多元回歸方程中，水氮互作呈負效應(yīng)，其他雙因子互作均呈正效應(yīng)?；ㄉ凸茸訉λ实男枨蟪潭却嬖谝欢ú町?，花生對氮素的需求量更多，谷子則對土壤水分和磷素要求略高些?；ㄉ茸娱g作兩種作物對水分的需求差異可以通過通過配置合理的間作群體結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)，兩種作物對肥料的差異可以通過不同作物種植條帶不均勻施肥加以解決。間作條件下，花生適宜的土壤含水量為占田間持水量的57.3%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.49和0.2 g/盆，谷子適宜的土壤含水量為占田間持水量的59.1%，適宜的氮素和磷素施用量分別為0.29和0.23 g/盆。

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（責(zé)任編輯 戚佳妮）

Effects on Yield under Different Water and Nutrient Conditions in Peanut and Foxtail Millet Intercropping

TIAN Jian-quanet al.(Ninghe Agricultural Technology Extension Center,Ninghe,Tianjin 301500)

[Objective]The aim was to explore the effect on yield under different water and nutrient conditions in peanut and foxtail millet intercropping.[Method]Following the"3414"design of water,nitrogen,and phosphorus,the yield of peanut-millet intercropping under different conditions of water and fertilizer in soil were investigated.[Result]The results showed that peanut and foxtail millet yield response of water and fertilizer were consistent under the condition of intercropping,and the correlation soil moisture and nutrient for peanut yield related degree:soil moisture＞nitrogen＞phosphate;the correlation soil moisture and nutrient for foxtail millet yield related degree:soil moisture＞phosphate＞nitrogen.Water was the most important factor to affect crop yields and optimum soil moisture was lower under the conditions of peanut-and-millet intercropping.Thus,peanut-and-millet intercropping was generally able to fit most of the semi-arid region.In the interaction of various factors,the coupling effect of water and phosphorus was stronger than the coupling effect of fertilizers,following by the coupling effect of water and nitrogen.When other factors were in rich level, both of the optimal value for single factors of water,nitrogen,and phosphorus and the optimal value for twofactor interactions of water-nitrogen,water-phosphorus,and nitrogen-phosphorus,were higher than the optimal value for the interaction of water,nitrogen,and phosphorus.Under the condition of water-nitrogen-phosphorus interaction,the soil moisture content optimal for peanut accounted for 57.3%of the field capacity, and the related appropriate application rates of nitrogen and phosphorus were 0.98 g/pot and 0.39 g/pot, respectively.Likewise,the soil moisture content optimal for millet was 59.1%of the field capacity,and the counterpart appropriate application rates of nitrogen and phosphorus were 0.57 g/pot and 0.45 g/pot.[Conclusion]The results provided a reference and basis for large area promotion for planting pattern.

Intercropping;Peanut;Foxtail millet;Water-fertilizer coupling;Crop yield

S565.2

A

2095-0896（2014）12-054-04

國家“十二五”科技支撐項目（2012BAD09B01）；國家自然科學(xué)基金（31170407）；遼寧“百千萬人才工程”資助項目（2013921058）；遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃（2014017）

田建全（1981-），男，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作，E-mail：quanzi60@163.com。*通訊作者：馮良山（1980-），男，遼寧莊河人，博士，副研究員，主要從事旱作與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究工作，E-mail：fenglsh@163.com。

2014-11-28